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1. 盆与山
沉积源汇（sedimentary source-to-sink）涵盖了从沉积物的起源地（源）到最终的堆积区（汇）的全过程，强调了沉积岩层形成的动态性和整体性。沉积盆地和山系之间存在密切的源汇关系，它们通过沉积作用共同构成了地球表面的地质体系。其中，碎屑矿物由于具有特征的岩石成因和物源指示意义，受到了学者的广泛关注。特别的，锆石U-Pb年代学受到了众多学者的青睐，并被广泛应用于解析沉积物的起源、不同沉积单元之间的联系以及限定地层的沉积时代等。随着锆石激光原位U-Pb定年技术的蓬勃发展，大量与碎屑锆石U-Pb年龄数据相关的论文层出不穷。井喷式增长的数据量和样本量使得以往仅依靠视觉方法来比较大型地质年代学数据集变得愈发困难。近年来，碎屑矿物年代学可视化定量比较方法的建立和物源贡献混合建模的不断完善，为沉积源汇打开了一扇新的窗户。此外，值得特别注意的是，作为盆地系统中主要物源供给区的周缘山系，其造山带地壳的厚度和古高度研究，无疑也为完善盆山体系研究提供了全新的视角。
2. 沉积物源贡献正演模拟-蒙特卡洛混合建模原理
沉积物源贡献正演模拟是一种新兴的地质学研究方法，目的是通过一系列数据和计算来了解沉积物从何而来。它利用数值模拟软件进行数据计算，以量化不同物源对沉积物的贡献程度。
蒙特卡洛混合建模方法是一种基于概率统计理论的建模方法，主要手段是随机抽样、统计试验。使用了蒙特卡洛模拟（Monte Carlo simulation），这意味着我们会用多个概率分布或模型来描述我们对地质情况的不确定性和随机性，以给出所求解的近似值。
其中，DZmix正演模拟（Sundell and Saylor, 2017）是一种被广泛采用的计算碎屑地质年代学数据的定量混合模型（图1），通过相似/差异性量化分析（如基于互相关系数、Kuiper 检验V值和Kolmogorov-Smirnov检验D值），比较潜在来源的随机混合物和目标混合物，找出最相似的曲线（最佳拟合模型），以获得潜在来源的物质配比。
图1 蒙特卡洛混合建模概念模型（修改自Sundell and Saylor, 2017）
3. 岩浆岩地球化学成分估算造山带地壳厚度与古高度
利用岩浆岩的地球化学成分定量估算造山带地壳厚度与古高度是近年来建立并被广泛应用到古老造山带演化研究的一种方法。该方法的理论依据是由于斜长石主要稳定存在于浅部地壳（<30>30 km）。除此之外，Sr元素在斜长石中的分配系数大于1，而Y和Yb元素在斜长石中的分配系数小于1；与之相反Sr元素在石榴子石中的分配系数小于1，而Y和Yb元素在石榴子石中的分配系数大于1。因此，与斜长石平衡的岩浆具有较低的Sr/Y和La/Yb比值，而与石榴子石平衡的岩浆则具有较高的Sr/Y和La/Yb比值（图2）。对于中酸性岩浆，其可能来自于幔源岩浆的演化或地壳的部分熔融，它们都可以记录地壳的内部信息，通过对其进行成分筛选，可以获得记录下地壳信息的岩石。在岩石圈达到重力均衡的情况下，造山带地区的地壳厚度与海拔高度具有正相关关系，因此岩浆岩的Sr/Y和La/Yb比值也可以用于反映海拔高度。通过总结现代造山带的地壳厚度和古高度，以及现代造山带内年轻岩浆（<5Ma）的成分，目前已有多个适用于岛弧带和碰撞带的地壳厚度与古高度估算的经验公式，从而可以用于古老造山带的研究。
图2 岩浆岩地球化学成分计算地壳厚度的理论基础
4. 锆石大数据混合建模及造山带古高度的沉积学应用
4.1 松潘-甘孜盆地
松潘-甘孜盆地是中国三叠纪时期最大的深水盆地，其形成与古特提斯洋的闭合有关（图3），其北部紧邻秦岭造山带和东昆仑造山带，南部为羌塘地块，东部为华南板块。已有研究认为松潘-甘孜盆地可能是古特提斯洋闭合过程中的一个残留洋盆地（Zhou and Graham, 1996），或作为古特提斯洋俯冲形成的弧后盆地（Ding et al., 2013）。盆地的物源可能有华北板块、华南板块、秦岭造山带、昆仑造山带、羌塘地块、义敦岛弧、柴达木地块等。根据三叠系沉积等厚线、区域沉积粒度变化及古流向等分析结果，松潘-甘孜盆地可能存在西部、中部、东北部和东南部四个沉积中心。
图3 松潘-甘孜盆地地质简图（修改自Ding et al., 2013）
4.2 物源拟合分析启示
松潘-甘孜盆地积累了大量锆石数据。针对这些已有数据，本文利用碎屑锆石U-Pb年代学物源正演模拟方法，对锆石数据进行了处理，处理过程如下：（1）进行单个样品锆石年龄筛选，然后将同一沉积中心相似年龄谱样品混合为建模目标样本；（2）对松潘-甘孜盆地周缘出露地层和岩体的锆石U-Pb年龄谱进行分类及多维定标（MDS）等相似性量化分析，划分出源样本（物源端元）；（3）将物源端元及建模目标锆石U-Pb年龄数据导入DZmix模型，通过MATLAB对年龄谱进行定量混合模拟，进而选取最优拟合曲线，计算出不同物源端元对松潘-甘孜盆地不同沉积中心沉积物年龄谱的模拟贡献率。
锆石U-Pb年代学分析结果显示，松潘-甘孜三叠系沉积岩主要有5个碎屑锆石年龄峰，分别为300-200 Ma，500-360 Ma，1000-700 Ma，2000-1600 Ma和2600-2400 Ma，但是不同样品中的碎屑锆石谱表现出明显区别（图4）。同一个沉积区内按照样品的碎屑锆石谱，可以进行分组，结果显示，每个沉积区均可以大致分为三组，针对不同分组的碎屑锆石进行物源正演模拟分析，可以获得更具有代表性的分析结果（数据量的大小决定分析结果的误差）。
图4 不同沉积中心主要碎屑锆石谱
对于同一组碎屑锆石的物源正演模拟分析，若拟合结果普遍相对一致且较好反映碎屑锆石年龄峰的分布情况（图5），则可以认为定量分析的结果是可靠的。根据所获的分析结果，从而可对整个松潘-甘孜盆地及其中不同沉积区的源汇过程进行进一步分析。
图5 对同一组样品碎屑锆石物源正演模拟分析（上中下图分别基于互相关系数、Kuiper 检验V值和Kolmogorov-Smirnov检验D值）结果示例
1-华北板块；2-柴达木地块；3-华南板块；4-北秦岭造山带；5-东昆仑造山带；6-羌塘地块；7-义敦岛弧；8-西秦岭；9-东秦岭；10-东昆仑岩浆岩；11-秦岭岩浆岩；12-羌塘岩浆岩
MDS（图6）及定量拟合分析结果显示，华北地块、柴达木地块、东昆仑岩浆岩和北羌塘岩浆岩可能为松潘-甘孜三叠纪盆地碎屑锆石的主要物源区，反映了周缘山系向松潘-甘孜盆地供给碎屑物质。其中，华北地块与柴达木地块远离松潘-甘孜盆地，且中间存在秦岭和东昆仑两大山脉，因此这些碎屑锆石很可能代表了再循环的碎屑组分。除了这些古老地块物质，来自东昆仑和北羌塘的岩浆岩则被认为贡献了主要的中生代和古生代锆石。
图6 松潘-甘孜盆地不同沉积中心样品碎屑锆石成分MDS图解
知识box：多维定标的MDS法，该方法基于K-S 检验的D值或Kuiper检验的V值，通过算法将分析结果以点的形式投射在多维空间（二维或三维）中，表示多个样本之间的相对差异。样品间的差异性矩阵被函数转换为一个由直线距离表示的差异矩阵，即a和b样品的差异性越大，多维空间中代表2个样品的点之间的距离也就越大。
不同沉积区内获得的碎屑锆石谱存在明显差异（图4），表明不同沉积区的锆石物源存在差异，且不同物源区对这些沉积区的贡献也有所不同（表1）。根据计算的结果（表1），东北沉积区以华北地块、柴达木地块、东昆仑、北羌塘和秦岭岩浆岩为主要物源，东南沉积区则以华北地块、华南地块、柴达木地块、义敦地块、东昆仑和北羌塘岩浆岩为主要物源，中部沉积区以东昆仑、柴达木地块、华北地块和北羌塘为主，西部沉积区以华北地块、柴达木地块、秦岭、东昆仑和北羌塘岩浆岩为主。除此之外，同一沉积区内的样品，碎屑锆石年龄谱仍有较大差异，这可能与盆地内的物质再循环过程有关。根据这一结果（表1），可以得出华南板块的物质贡献主要集中在东南沉积中心（平均约15%），且向西部急剧减少（在中部和西部沉积中心约3.4%和5.8%），这与前人提出的残留洋盆地模型相吻合（Zhou and Graham, 1996）。而弧后盆地模型中，碎屑沉积物内来自华南物源供给应受控于沉积扇展布，其锆石丰度自东向西应大致相当至逐渐变少（Ding et al., 2013）。不仅如此，前人普遍认为的秦岭造山带作为主要物源的这一结论（Weislogel et al., 2006），在本文的分析中并未得到证实。
表1 不同沉积中心物源贡献拟合表
注：表格中同一沉积中心分组拟合结果分别基于互相关系数、Kuiper检验及KS检验。
4.3 古高度分析启示
东昆仑造山带、秦岭造山带、北羌塘地块和松潘-甘孜盆地内出露大量二叠纪-三叠纪岩浆岩，这为重建同沉积时期的周缘山脉古高度提供了良好的研究对象。通过总结已发表的岩浆岩地球化学数据，利用Hu （胡方泱）et al. (2020)提出的古高度计算经验公式，对这些数据进行了进一步处理，进而重建了晚二叠世-晚三叠世周缘区域的古高度演化历史。处理方法如下：（1）将样品根据岩体或坐标进行分组；（2）对于俯冲期的岩浆岩，利用Chapman et al. (2015)的方法对数据进行处理，选择SiO2 = 55-70 wt%，MgO = 1.0-6.0 wt%，以及Rb/Sr < 0.20的样品；（3）对于俯冲-碰撞转换期或碰撞期的岩浆岩，利用Hu et al. (2020)的方法对数据进行处理，选择SiO2 = 55-72 wt%，MgO = 0.5-6.0 wt%，以及平均Rb/Sr < 0.35的样品，同时剔除La>70 ppm的样品；（4）剔除标准差较大（>10）的样品组。
结合古高度的分析结果（图7），可以得出：（1）虽然秦岭造山带在中晚三叠世达到了较高的海拔高度，但是这一之前普遍认为的主要物源区对于松潘-甘孜盆地内锆石的贡献十分有限，主要集中在东部沉积区；（2）来自华南板块的物源在松潘-甘孜盆地内十分有限，主要集中在东南沉积区；（3）东昆仑造山带，在二叠纪和三叠纪时期具有较高的海拔高度，并且作为主要的物源区，贡献了大量碎屑物质进入松潘-甘孜盆地；（4）北羌塘地块，虽然古海拔高度不高，但是其仍贡献了较多碎屑物质进入松潘-甘孜盆地，主要集中在西部、中部和东南沉积区；（5）松潘-甘孜盆地在三叠纪诺利期达到较高海拔高度，并开始向四川盆地贡献物质。这样的结果显示，通常认为的高海拔山脉具有高通量的风化剥蚀量并不准确，而海拔高度仅能作为风化剥蚀量的一项重要参考指标，风化剥蚀量通常受控于多种因素。
图7 松潘-甘孜及邻区古高度估算结果
5. 难点、不足与展望
（1）数据集筛选处理：各种数据集的汇总与筛选缺乏统一标准，即需根据实际情况选择相应的分类整合方法，可能会导致数据质量和一致性的问题。由于数据拟合需要达到前提假设要求（通常分析点>300），若地层沉积时代较为精确，可考虑将邻域同时代的样品划为同一数据集，提高数据集的时空分辨率；若时代定义模糊，则应考虑将区域相近、类同谱图划为同一数据集等，视具体情况而定。
（2）沉积物再旋回的识别不全面：对于再旋回沉积物的识别，MDS定量可视化，沉积物混合的方法并不能排除沉积锆石再旋回效应，需要综合考量区域的整体贡献量。例如，参考Clift et al. (2020)等研究，可从锆石贡献与特定时段流域体系范围的关系着手，以提高分析的准确性。
（3）展望：未来研究可以加强数据集处理的规范性，提高数据集的质量和一致性；有待其他拟合模型对比验证，以确保模型选择的科学性。
本文作者为河海大学陈国辉副研究员、中国科学院地质与地球物理研究所胡方泱副研究员、英国爱丁堡大学A.H. Robertson教授、意大利米兰比可卡大学E. Garzanti教授、中国科学院地质与地球物理研究所吴福元院士和张少华博士。本文系作者认知，相关问题可通过邮箱与陈国辉 ([email protected]) 或胡方泱 ([email protected]) 联系交流。更多详情，请进一步阅读原文和下列参考文献。
6. 原文及主要参考文献
[1] Chen, G., Hu, F., Robertson, A. H., Garzanti, E., Zhang, S., & Wu, F. Y. (2023). A combined methodology for reconstructing source-to-sink basin evolution, exemplified by the Triassic Songpan–Ganzi basin, central China. Sedimentary Geology, 458, 106529.
[2] Chapman, J. B., Ducea, M. N., DeCelles, P. G., & Profeta, L. (2015). Tracking changes in crustal thickness during orogenic evolution with Sr/Y: An example from the North American Cordillera. Geology, 43(10), 919-922.
[3] Clift, P.D., Carter, A., Wysocka, A., Van Hoang, L., Zheng, H., Neubeck, N. (2020). A Late Eocene–Oligocene through-flowing river between the Upper Yangtze and South China Sea. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 21, e2020GC009046.
[4] Ding, L., Yang, D., Cai, F. L., Pullen, A., Kapp, P., Gehrels, G. E., ... & Shi, R. D. (2013). Provenance analysis of the Mesozoic Hoh‐Xil‐Songpan‐Ganzi turbidites in northern Tibet: Implications for the tectonic evolution of the eastern Paleo‐Tethys Ocean. Tectonics, 32(1), 34-48.
[5] Hu, F., Wu, F., Chapman, J. B., Ducea, M. N., Ji, W., & Liu, S. (2020). Quantitatively tracking the elevation of the Tibetan Plateau since the cretaceous: Insights from whole‐rock Sr/Y and La/Yb ratios. Geophysical Research Letters, 47(15), e2020GL089202.
[6] Sundell, K. E., & Saylor, J. E. (2017). Unmixing detrital geochronology age distributions. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 18(8), 2872-2886.
[7] Weislogel, A. L., Graham, S. A., Chang, E. Z., Wooden, J. L., Gehrels, G. E., & Yang, H. (2006). Detrital zircon provenance of the Late Triassic Songpan-Ganzi complex: Sedimentary record of collision of the North and South China blocks. Geology, 34(2), 97-100.
[8] Zhou, D., & Graham, S. A. (1996). The Songpan-Ganzi complex of the West Qinling Shan as a Triassic remnant ocean basin. World and Regional Geology, 1(8), 281-299.
